הקלטה וניתוח של מקצבי יממה בריצת גלגל פעילות במכרסמים
24 בינואר 2013
מקצבי יממה בהתנדבות גלגל ריצת פעילות ביונקים הם מצמידים בחוזקה לתנודות המולקולריות של שעון ראשי במוח. ככזה, מקצבים יומיים אלה בהתנהגות יכולים לשמש כדי לחקור את ההשפעה של גורמים גנטיים, תרופתיים וסביבתיים על התפקוד של השעון הביולוגי הזה.
המטרה הכוללת של הליך זה היא לעקוב אחר מקצבים צירקדיים של פעילות גלגל ריצה במכרסמים. זה מושג על ידי הרכבה ראשונה של החומרה המתאימה. התוכנה המיוחדת הבאה מוגדרת לתעד את פעילות הריצה.
עם הזמן, הנתונים המוקלטים מומרים לגרמי ACTO וגרמי פריודו לניתוח. בסופו של דבר, הניטור הרציף של פעילות גלגל הריצה משמש לחקר ההשפעה של גורמים גנטיים, פרמקולוגיים וסביבתיים על השעון הביולוגי במכרסמים. היי, אני ד"ר מייקל ור.
ההשלכות של טכניקה זו משתרעות על אבחון וטיפול במצבים פסיכיאטריים רבים מכיוון שמצבים כמו סכיזופרניה או הפרעה דו קוטבית מלווים שניהם בשיבושים במקצבים הצירקדיים ובשינה. בדרך כלל, אנשים חדשים בטכניקה זו יתמודדו עם מחסור בחומרה או תוכנה מתאימות, כמו גם אי הבנה כללית של מה שנתונים אלה יכולים להדגים. התחל בהגדרת כלוב הבית.
כל מכרסם צריך להיות ממוקם בנפרד עם מספיק מקום לגלגל ריצה. כלובים עם ריצוף רשת משמשים לביטול כל השפעות ניאופוביות אפשריות של החלפות מצעים תכופות. גלגלים קטנים וקלים יותר משמשים לעכברים, בעוד שגלגלים גדולים וכבדים יותר משמשים לחולדות.
כל כלוב ממוקם בתוך קופסת בידוד מוחלשת קול. ניתן לשכן מספר כלובים יחד, עם זאת, כלובים השוכנים בנפרד נמנעים מהפרעות אפשריות מהריחות שמסביב כדי לאפשר אוורור נאות. כל קופסה צריכה להיות מצוידת במאוורר מכוסה ברדס כדי למנוע כניסת אור לאור קטן.
פתחי אוורור הדוקים מאפשרים לאוויר להיכנס לתיבות הבידוד מכמה נקודות ולסייע בשליטה על זרימת האוויר. יש להתקין מקור אור יחיד במיקום דומה מעל כל כלוב לתאורה עקבית בין תיבות בידוד. במחקרים הדורשים מבעלי החיים להישאר בחושך, החדר מואר תחילה באור אדום עמום.
הגדר את גלגל הריצה שישמש במחקר. ודא שהגלגל יכול להסתובב בחופשיות ואינו מתנדנד. כל גלגל ריצה צריך להיות מצויד במתג מיקרו המתעד כל סיבוב.
מידע זה עובר ל-QA ארבעה מודולים ולאחר מכן מועבר ליציאת הנתונים DP 24 ולבסוף נרשם על ידי מחשב המצויד בתצוגה חיונית. לאחר מכן, טען את התוכנה שתתעד את הנתונים כאן. צופים חיוניים משתמשים כדי לאסוף נתונים ממקורות רבים של ערוץ יחיד לקובץ מחשב יחיד לאחר שהכל מוגדר כהלכה.
התחל את המחקר על ידי הנחת המכרסם המועדף בכלוב הביתי שלהם. פעילות הריצה של בעלי החיים תירשם לאורך זמן לאחר פרק זמן מוגדר. תוכנות שתוכננו במיוחד ממירות את הנתונים לגרמי ACTO, הממחישים את דפוס הפעילות היומי לאורך זמן, וגרמי פריודו, המבצעות ניתוח ספקטרלי של הקצב ומחשבות את התקופה החזקה ביותר.
בדוגמה זו, בעלי חיים שוכנו תחת מחזור כהה בהיר סטנדרטי. בתנאים אלה, חולדה זו הפכה לפעילה באותה שעה בכל יום, והראתה שיא מדויק של 24 שעות בגרם הפריודו. הדוגמה הזו מראה את ההתנהגות של חולדה ששכנה בחושך מתמיד.
בתנאים אלה, החולדה הייתה פעילה מעט מאוחר יותר בכל יום. לפיכך, הימני ייסחף בגרם אקטו ושיא של 24.33 שעות בגרם הפריודו. ניתן לחשב את תקופת הריצה החופשית גם באופן ידני.
ראשית, צייר קו בתחילת הפעילות היומיומית. לאחר מכן, חשב את השיפוע בשעות ביום, ולבסוף, הוסף 24 שעות. כאן נראים דפוסים הפרעות קצב של פעילות גלגל ריצה בחולדות עם נגעים של הגרעין העל-כריזמטי השוכן בחושך מתמיד.
החולדה לא מצליחה להראות שעון ביולוגי אנדוגני בפעילות גלגל הריצה. ה-Periodo Graham מימין מאשר שאין קצב משמעותי בטווח הצירקדי. לתנאי התאורה יש השפעות חזקות על דפוסי פעילות גלגל הריצה.
כאן החולדה שוכנת בתחילה בחושך מתמיד כפי שמסומן על ידי החלק המוצל. במצב זה, שיא הפעילות נמצא בשעה 24.33. לאחר מכן, החולדה שוכנת תחת אור קבוע המוצג כאן.
במצב זה, השעון הביולוגי האנדוגני מופרע בהדרגה במשך שבועיים-שלושה, והחולדה הופכת לקצבית לקראת החלק התחתון של החלק הזה של גרם האקטו. לבסוף, המחזור הרגיל של 12 שעות ו-12 שעות הוחזר לקדמותו והקצב שוחזר לאחר התפתחותו. הטכניקה הזו סללה את הדרך לחוקרים החוקרים את השעון הביולוגי לחקור את תכונות השעון הביולוגי במכרסמים, ולאחר צפייה בסרטון זה, אתם אמורים להבין היטב כיצד למדוד ולנתח את המקצבים הללו.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מחקר זה מתמקד בניטור מקצבים צירקדיים של פעילות גלגל ריצה במכרסממים, הקשורים באופן הדוק לתנודות המולקולריות של השעון המרכזי במוח. באמצעות ניתוח מקצבים אלו, חוקרים יכולים לבחון את השפעתם של גורמים שונים על תפקוד השעון הצירקדי.
מרכיבי מפתח במחקר
תחום המדע
- מדעי המוח
- כרונוביולוגיה
- מדעי ההתנהגות
רקע
- מקצבים צירקדיים משפיעים על תהליכים ביולוגיים שונים.
- פעילות ריצה רצונית בגלגל משמשת כמודל לחקר מקצבים אלו.
- הבנת מקצבים אלו יכולה לספק תובנות לגבי השפעות גנטיות וסביבתיות.
- השעון המרכזי של המוח מווסת תבניות התנהגותיות יומיות אלו.
מטרת המחקר
- לניטור מקצבים צירקדיים במכרסמים.
- להערכת ההשפעה של גורמים גנטיים, פרמקולוגיים וסביבתיים.
- לשימוש בפעילות בגלגל ריצה כמדד לתפקוד השעון הצירקדי.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- הרכבת החומרה לניטור פעילות.
- הגדרה של תוכנה ייעודית להקלטת נתונים.
- המרה של הנתונים שהוקלטו ל-ACTO grams ו-periodo grams.
- ניטור רציף של פעילות בגלגל ריצה.
תוצאות עיקריות
- ניתוח נתונים חושף דפוסים במקצבים הצירקדיים.
- נבחנת השפעתם של גורמים שונים על השעון הצירקדי.
- פעילות בגלגל ריצה מספקת מדד מהימן למקצבים אלו.
- הממצאים תורמים להבנת השעון הביולוגי ביונקים.
מסקנות
- ניתן לנטר ביעילות מקצבים צירקדיים במכרסמים באמצעות פעילות ריצה על גלגל.
- גורמים גנטיים, פרמקולוגיים וסביבתיים משפיעים באופן משמעותי על מקצבים אלו.
- מחקר זה מעמיק את הבנתנו את הביולוגיה הצירקדית.
שאלות נפוצות
רלוונטיות לתעשייה
ניתוח כמותי של מקצבים צירקדיים בפעילות גלגל ריצה של מכרסמים מספק מדד התנהגותי חסון לבדיקת התפקוד של השעון הצירקדי הראשי ואוסילטורים מחוץ ל-SCN. גישה זו מאפשרת הפחתת סיכונים מכניסטית של התערבויות גנטיות, פרמקולוגיות וסביבתיות על תזמון ביולוגי, ובכך תומכת בביטחון חיזוי בתיקי גילוי מוקדם ומדעי עצבים תרגומיים. פנוטיפ צירקדי מהימן מסייע בתיקוף מטרות ובקידום מותאם סיכונים של נכסים הממוקדים בנוירופסיכיאטריה ובכרונוביולוגיה.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר הערכה תפקודית של גנים מועמדים או תרכובות המשפיעים על פלט השעון הביולוגי.
- תומך בהפחתת סיכונים מכניסטיים על ידי הבחנה בין תרומות של מתנדים תלויי-SCN למתנדים מחוץ ל-SCN.
- מספק נקודות קצה כמותיות לתיקוף מטרות במחקרים של כרונוביולוגיה ומחקרים נוירו-פסיכיאטריים.
סריקה ופיתוח בדיקה (Assay)
- מספק בדיקות התנהגותיות סטנדרטיות וניתנות לשחזור לסריקת מודולטורים גנטיים או פרמקולוגיים של תפקוד צירקדי.
- מקל על פיתוח בדיקות באמצעות תוצרים כמותיים חסונים (למשל, אורך המחזור, חוזק המקצב).
- מאפשר פנוטיפיקה ברת-הרחבה ובעלת תפוקה גבוהה במודלים של מכרסמים.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- מתאים פנוטיפים צירקדיים פרה-קליניים לנקודות סיום רלוונטיות למחלה בהפרעות פסיכיאטריות והפרעות שינה.
- תומך ברציפות מהגילוי המולקולרי ועד לאישור התנהגותי in vivo.
- מספק מידע לקידום מותאם סיכונים של נכסים המכוונים למנגנונים צירקדיים.
שילוב תהליכי עבודה וצנרת עיבוד
שיטה זו משתלבת ברצף שבין שלב הגילוי לשלב הפרה-קליני על ידי אספקת מדד התנהגותי לבדיקת השערות, תיקוף מטרות והלימה תרגומית.
- ביולוגיה של גילוי: מדידה כמותית של פנוטיפים צירקדיים להבהרה של מעורבות מסלולים והפחתת סיכונים ביולוגיים.
- סריקה: אספקת נתונים כמותיים הניתנים לשחזור על פעילות לצורך סריקת תרכובות או סריקה גנטית.
- אנליזה: יצירת ACTO grams ו-periodo grams להשוואה סטטיסטית של מחזוריות ואורך התקופה.
- מחקר תרגומי: גישור בין ממצאים פרה-קליניים לנקודות סיום התנהגותיות הרלוונטיות למחלה.
- שימוש חוזר ארגוני: הקמת פלטפורמה לשימוש חוזר עבור פנוטיפינג צירקדי במגוון מודלים של מכרסמים והתערבויות.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי בתיקוף מטרות ובמחקרים מכניסטיים של ביולוגיה צירקדית.
- ערך תפעולי: סטנדרטיזציה של פנוטיפיקה התנהגותית באמצעות פרוטוקולים ואנליטיקה ניתנים לשחזור ובנייה מדרגית.
- ערך אסטרטגי: מאפשר קבלת החלטות מושכלת של המשך או הפסקה (go/no-go) ומפחית סיכון ביולוגי בשלבים מאוחרים של פיתוח תרופות נוירו-פסיכיאטריות.
- השפעה על הפורטפוליו: תומך בתיעדוף נכסים המכוונים לנקודות סיום צירקדיות והתנהגותיות, בהתאמה לרמת הסיכון.
שיקולי יישום
- נדרשת מומחיות במדעי המוח ההתנהגותיים ובביולוגיה צירקדית לתכנון המחקר ולפרשנות התוצאות.
- נדרש חומרה ייעודית (גלגלי ריצה, תיבות בידוד) ותוכנה לרכישה וניתוח נתונים.
- נדרש סטנדרטיזציה בין-צוותית של פרוטוקולי הדיור, התאורה ועיבוד הנתונים.
- ייתכן שיהיה צורך בהתאמה עבור מיני מכרסמים שונים או רקעים גנטיים שונים.
- פרשנות של דפוסים לא קצביים או משובשים חייבת לקחת בחשבון גורמים מבלבלים פוטנציאליים כגון נגעים או ארטיפקטים סביבתיים.
